DE3115310C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Positionsbe­ stimmung eines Flugkörpers mittels eines elektro­ magnetischen Leitstrahls und eines am Flugkörper vorgese­ henen Empfängers, mit einem Sender zum Aussenden eines ge­ pulsten Leitstrahls, einem optischen Modulator zum taktwei­ sen Unterbrechen und Durchlassen des Leitstrahls zur Erzeu­ gung von Impulspaketen, wobei die Dauer jedes Pulspaketes über den Querschnitt des Leitstrahls entlang einer ersten Koordinate Z veränderbar ist, und mit einer Einrichtung zum Erzeugen einer Zeitreferenzmarke des Leitstrahls, wobei durch an den Sensor angeschlossene Auswerteeinrichtungen die Abweichungen des Flugkörpers von der Leitstrahlachse in Richtung der ersten Koordinate aus der Breite t ₁ der Im­ pulspakete und in Richtung einer dazu senkrechten zweiten Koordinate Y aus der Phasenverschiebung zwischen den Impuls­ paketen und der Zeitreferenzmarke herleitbar ist.

Eine solche Einrichtung mit einer Modulatorscheibe, die einen gepulsten Leitstrahl taktweise unterbricht und durch­ läßt, ist aus GB 13 95 246 bekannt. Das in einem ersten Takt durchgelassene Impulspaket des Leitstrahls dient zur Positionsbestimmung des Flugkörpers auf der Z-Achse, d. h. zur Bestimmung der Vertikalabweichung von der Leit­ strahlachse. Zur Bestimmung der Horizontalabweichung, also der Lage des Flugkörpers auf der Y-Achse, wird ein in einem zweiten Takt durchgelassener, als Bezugsmarke dienender Im­ puls herangezogen. Aus dem zeitlichen Abstand zu dem letz­ ten Impuls des ersten Taktes und der Bezugsmarke läßt sich die Horizontalabweichung des Flugkörpers von der Leit­ strahlachse ermitteln. Die Abweichung eines Flugkörpers von der Leitstrahlachse, einerseits in vertikaler Richtung und andererseits in horizontaler Richtung, kann mit der aus dem genannten Stand der Technik bekannten Einrichtung nur nach­ einander erfolgen. Daraus ergeben sich mehrere Nachteile. So wird aufgrund der nacheinander am Empfänger eintreffen­ den Signale die Verarbeitungszeit derselben unnötig lang. Zugleich ist auch die Meßdichte aufgrund der in nacheinan­ derfolgenden Takten erhaltenen Impulspakete zur jeweiligen Bestimmung entweder der Vertikal- oder Horizontalabweichung des Flugkörpers von der Leitstrahlachse nur sehr gering. Eine geringe Meßdichte hat aber zudem auch eine nur unbe­ friedigende Meßgenauigkeit zur Folge.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Ein­ richtung der im Oberbegriff angegebenen Art zu schaffen, mit der die Verarbeitungszeit für die Empfangssignale ver­ ringert und die Meßdichte für die Positionsbestimmung er­ höht wird.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Referenzmarke aus einer während des Durchlassens jedes Impulspaketes bewirkten kurzzeitigen Änderung der Impulsfrequenz besteht.

Durch elektrische Frequenzmodulation des gepulsten Signals in Abhängigkeit vom Vorliegen eines bestimmten Bereichs des Modulators wird dem Impulspaket zur Bestimmung der Verti­ kalabweichung des Flugkörpers von der Leitstrahlachse gleichzeitig, also im selben Takt, auch eine Bezugsmarke zur Bestimmung der Horizontalabweichung mitgegeben, so daß die Information eines einzigen Taktes zur Bestimmung sowohl der Vertikal- als auch der Horizontalabweichung eines Flug­ körpers von der Leitstrahlachse ausreicht. Auf diese Weise kann der Modulator so ausgebildet werden, daß in mehreren Takten Impulspakete mit jeweils beiden Positionsinformatio­ nen durchgelassen werden, d. h. die Meßdichte und die damit verbundene Meßgenauigkeit sich um ein Vielfaches erhöhen.

Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung des Gesamtkom­ plexes.

Fig. 2 zeigt ein Blockdiagramm der Bodenstation.

Fig. 3 zeigt eine Frontalansicht einer Modulatorscheibe zur Modulation des Strahlenbündels.

Fig. 4 zeigt verschiedene Zeitdiagramme der Impulssignale.

Fig. 5 zeigt ein Blockschema der auf dem Fahrzeug oder Flug­ körper angeordneten Empfangsvorrichtung.

Die in der Leitstelle installierte und in einem geschlossenen Maschensystem mit dem Fahrzeug oder Flugkörper verbundene Einrichtung eignet sich zur automatischen Korrektur der Bewegungsbahn eines Fahrzeuges oder Flugkörpers in Abhängigkeit von den ge­ messenen Abweichungen.

Die Einrichtung besteht aus einer am Boden befindli­ chen Leitstelle und einer Empfangseinrichtung 3, die an Bord eines Fahrzeuges oder Flugkörpers 5 (beispielsweise eines Ge­ schosses) montiert ist. Die Leitstelle beinhaltet einen im fol­ genden auch als Projektor bezeichneten Sender 1 zur Abstrah­ lung von Signalen in einem Strahlenbündel, der von dem Bedie­ nungspersonal beliebig ausgerichtet werden kann, sowie Syste­ me zur elektrischen und optischen Modulation der Signale. Die Empfangsvorrichtung 3 beinhaltet eine Vorrichtung zur Aufnah­ me der modulierten Energie des mit F bezeichneten Strahlenbün­ dels, das von dem Projektor 1 ausgesendet wird, und zur Um­ formung dieser Energie in elektrische Signale. Diese Signa­ le sind von den Abweichungen des Fahrzeuges oder Flugkörpers 5 von der mit A bezeichneten Achse des Strahlenbündels F ent­ weder in zwei zueinander senkrechten Achsenrichtungen oder vorzugsweise in Richtung zweier Linien abhängig, von denen die mit Z bezeichnete geradlinig radial verläuft (Fig. 3) und die andere, (die mit Y bezeichnet ist), eine Kreislinie bildet. Die Signale eignen sich zur Steuerung des Lenksystems des Fahrzeuges oder Flugkörpers 5, so daß sich mit ihrer Hil­ fe die erforderlichen Bahnkorrekturen durchführen lassen, die das Fahrzeug bzw. den Flugkörper auf die Achse A zurückführen.

Der in der Bodenstation angeordnete Projektor 1 zur Erzeu­ gung des die Positionsinformation des Fahrzeuges oder Flug­ körpers beinhaltenden Leitstrahles besteht im wesentlichen (Fig. 2) aus einer gepulsten Laserquelle 10 zur Erzeugung von Strahlung mit zwei unterschiedlichen Frequenzen, die Strah­ lung im Infrarotbereich in einem sehr engen Frequenzband mit einer sehr genauen Wellenlänge aussendet, einer Elektronik 12 zur Steuerung der Quelle 10, einem optischen System, das im wesentlichen aus einem Kondensor 14 und einem Projektionsob­ jektiv 16 besteht und einer Modulatorscheibe 18, die beispiels­ weise durch Photoätzen einer Glasscheibe oder maschinelle Be­ arbeitung einer Metallscheibe hergestellt ist und die im Strah­ lengang des Projektionsobjektivs 16 liegt und über den Konden­ sor 14 beleuchtet wird. Die Modulatorscheibe 18 ist auf einer Welle 20 befestigt, die parallel zur optischen Achse des Pro­ jektors verläuft und von einem Elektromotor 22 mit streng kon­ stanter Drehgeschwindigkeit angetrieben wird. Die Modulator­ scheibe 18 besitzt eine Modulationsfigur (Fig. 3), welche abwechselnd aus undurchlässigen und transparenten Sek­ toren 18 A bzw. 18 B geeigneter Zahl und Form zusammengesetzt ist. Diese Sektoren sind auf einem kreisförmigen Kranz ange­ ordnet, der vor einer kreisförmigen Feldmaske 26 umläuft, der­ art, daß ein Teil der Figur entsprechend den Gesetzen der op­ tischen Geometrie projiziert wird. Die Form der Sektoren 18 A und 18 B ist so gewählt, daß sie im Projektionsstrahlen­ gang einander im Zeitverhältnis t ₁/t ₂ abwechseln, wobei die­ ses Verhältnis sich mit der radialen Entfernung von dem geo­ metrischen Zentrum der Scheibe 18 ändert.

Die auf dem Fahrzeug oder Flugkörper 5 montierte Empfangs­ vorrichtung 3, die sich an irgendeinem Punkt des von der Feldmaske 26 begrenzten Strahles befindet, wird nur dann von der gepulsten Laserquelle 10 beleuchtet, wenn der in diesen Punkt projizierte Teil der Figur der Modulatorscheibe 18 sich in einem der transparenten Sektoren 18 B befindet. Sie wird hin­ gegen nicht beleuchtet, wenn der projizierte Teil der Figur einem der undurchlässigen Sektoren 18 A angehört.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel besitzt die Modula­ torscheibe 18 einen äußeren Ring 18 C, der im großen ganzen undurchlässig ist, jedoch transparente Unterbrechungen 18 E aufweist, mittels derer kurze Synchron- oder Referenzsignale Rf (Fig. 4) erzeugt werden, deren Frequenz variiert ist. Das Referenzsignal Rf wird durch elektrische Frequenzmodulation gebildet, indem die Basisfrequenz der Strahlungsquelle 10 variiert wird. Das Signal Rf besteht aus einem Wellenzug der veränderten Frequenz. Es läßt sich auch durch andere Verfah­ ren erzeugen, beispielsweise durch Unterbrechung der Ausstrah­ lung, d. h. durch Abdunklung, oder durch Breitenmodulation des ausgestrahlten Signals. Es läßt sich z. B. auch ein Signal ver­ wenden, das an einem festen Unstetigkeitspunkt entsteht, der an einem oder jedem der vorderen oder hinteren Ränder eines der undurchlässigen Sektoren 18 A in einer konstanten ra­ dialen Position mit einer Verzögerungseinrichtung abgetastet wird, mittels derer die sehr kurze Dauer des Signals mit er­ höhter Frequenz stabilisiert wird. Das im folgenden auch als Bezugsmarke bezeichnete Referenzsignal Rf muß in einer festen Position in bezug auf die Figur der Modulatorscheibe 18 lie­ gen.

Der an Bord des Fahrzeuges oder Flugkörpers 5 befindliche Empfänger wird mit einer Reihe von Impulspaketen bestrahlt (Fig. 4).

Die Differenz zwischen der Hellzeit t ₁ und der Dunkelzeit t ₂ liefert die Information, aus der die Abweichung in Richtung der Elevationskoordinate entsprechend der Achse Z (Fig. 3), d. h. die radiale Entfernung abgeleitet wird. Die Messung der Phasenlage des Impulspaketes relativ zu dem Referenzsynchron­ signal Rf, d. h. die Messung und der Vergleich der Werte t ₃ und t ₄ liefert die Information, aus welcher die Winkelabwei­ chung, d. h. die Abweichung in Richtung des Bogens Y, abgelei­ tet wird.

Eine Abweichung des Fahrzeuges oder Flugkörpers 5 in Rich­ tung der Achse Z erzeugt infolgedessen eine eindeutige Änderung der Hellzeit t ₁ und eine entsprechende Änderung der Dun­ kelzeit t ₂, während eine Verschiebung des Fahrzeuges oder Flug­ körpers 5 entsprechend der Linie Y eine eindeutige Änderung der Zeiten t ₃ und t ₄ hervorruft.

Das Richten und die Bahnkorrektur des beispielsweise von einem Geschoß gebildeten Flugkörpers 5 erfolgt mit Hilfe eines mit dem Infrarotprojektor 10 fest verbundenen Fernrohres mit einem geeigneten Fadenkreuz und ausreichender Vergrößerung, das sich zusammen mit dem Infrarotprojektor 10 beliebig ausrichten läßt und dessen optische Achse mit der Achse des Leitstrahles fluch­ tet.

Die an Bord des Fahrzeuges oder Flugkörpers 5 befindliche Emp­ fangseinrichtung 3 beinhaltet im wesentlichen (Fig. 5) einen Empfänger 32, der für Strahlung der von der Quelle 10 ausge­ sendeten Wellenlänge empfindlich ist und zur Aussiebung des Signals ein geeignetes Filter zur optischen Selektion der Strahlung der genannten Wellenlänge besitzt, eine elektroni­ sche Schaltung 34 zum Herausziehen und zur Verarbeitung des empfangenen Signals sowie Aktoren 36 für die Lenkeinrichtun­ gen des Fahrzeuges oder Flugkörpers 5.

Das Herausziehen der die Elevation (Z) und die Winkelabwei­ chung (Y) kennzeichnenden Signale und ihre anschließende Ver­ arbeitung erfolgt mit Hilfe herkömmlicher elektronischer Schaltungstechnik.

Die Ausgangssignale der elektronischen Schaltung 34 zum Her­ ausziehen und zur Verarbeitung des Signals bestehen aus zwei Fehlerspannungen, die die Abweichungen des Fahrzeuges oder Flugkörpers 5 von der Achse A des Leitstrahles in den beiden vorbestimmten Richtungen (Y und Z) repräsentieren. Das die Aktoren beinhaltende System 36 leitet aus den die Abweichun­ gen kennzeichnenden Fehlerspannungen die Gegenmanöver des Fahrzeuges oder Flugkörpers 5 ab, durch die der ermittelte Fehler ausgeschaltet wird.

Claims (4)

1. Einrichtung zur Positionsbestimmung eines Flug­ körpers mittels eines elektromagnetischen Leitstrahls und eines am Flugkörper vorgesehenen Emp­ fängers,
mit einem Sender zum Aussenden eines gepulsten Leit­ strahls, einem optischen Modulator zum taktweisen Un­ terbrechen und Durchlassen des Leitstrahls zur Erzeu­ gung von Impulspaketen, wobei die Dauer jedes Pulspa­ ketes über den Querschnitt des Leitstrahls entlang einer ersten Koordinate (Z) veränderbar ist, und
mit einer Einrichtung zum Erzeugen einer Zeitreferenz­ marke des Leitstrahls, wobei durch an den Sensor ange­ schlossene Auswerteeinrichtungen die Abweichung des Flug­ körpers von der Leitstrahlachse in Richtung der ersten Koordinate aus der Breite (t ₁) der Impulspakete und in Richtung einer dazu senkrechten zweiten Koordinate (Y) aus der Phasenverschiebung zwischen den Impulspaketen und der Zeitreferenzmarke herleitbar ist,
dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitreferenz­ marke (Rf) aus einer während des Durchlassens jedes Impulspaketes bewirkten kurzzeitigen Änderung der Impulsfrequenz besteht.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Modulator als Modulatorscheibe (18) mit zumindest jeweils einem Bereich (18 A, 18 B, 18 C, 18 E) unterschiedlicher Strahldurchlässigkeit ausgebildet ist, wobei die Bezugsmarke (RF) durch eine in einer vorbestimmten Position in jeweils einem Randbereich (18 C) der Modulatorscheibe (18) angeordnete Unterbrechung (18 E) erzeugbar ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Bereiche (18 A, 18 B) unterschiedli­ cher Strahldurchlässigkeit als transparente (18 B) und un­ durchlässige (18 A) Sektoren einer auf der Modulatorscheibe (18) aufgebrachten Figur ausgebildet sind, und daß jeweils eine der Unterbrechungen (18 E) in umkehrbar eindeutiger Be­ ziehung zu einem der Sektorenpaare (18 A, 18 B) im Randbe­ reich (18 C) vorgesehen ist.

4. Einrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Figur aus den Segmenten (18 A, 18 B) die Breite (t 1) der Impulspakete festlegt und durch Abtastung des jeweils einem Segmentpaar (18 A, 18 B) zugeordneten Randbereiches (18 C, 18 E) der Beginn einer zeitweiligen Frequenzänderung festlegbar ist, wobei die Dauer der Frequenzänderung durch eine Verzögerungseinrich­ tung elektrisch bestimmbar ist.